金属的腐蚀与防护

用牺牲镁块的方法来防止地 下钢铁管道的腐蚀，镁块必 须定期更换
金属的电化学防护 1.牺牲阳极的阴极保护法 应用 原电池 原理，让被保护金属作 正 极， 原理： 找另一种活泼性较强金属作 负 级
2. 外加电流的阴极保护法 原理：应用 电解池 原理，将被保护的钢铁设备做 阴 极，用惰性电极做辅助 阳 极，在外加直流电
普通高中课程标准实验教科书
化学反应原理（选修）
第一章 第三节 化学能转化为电能——原电池
第2课时 金属的腐蚀与防护
目标引领
学习目标： 1.知道金属腐蚀的危害，认识防止金属腐 蚀的重要性； 2.知道各种防止金属腐蚀的方法及原理。 学习重点： 金属防腐的方法。 学习难点： 金属腐蚀的原因。
【自主学习】
朝花夕拾
1、什么是原电池？
2、原电池的原理是什么？ 3、构成原电池的条件是 什么？
什么是金属腐蚀，其本质是什么？
1、定义：金属或合金与周围接触到的气体或 液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程.
2、本质：金属原子失去电子被氧化而消 耗的过程： n+ -=M。 M-ne
一、金属腐蚀的分类和原理
分类:化学腐蚀和电化学腐蚀
【科学探究】
钢铁在干燥的空气里长时间不易被 腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐 蚀,这是什么原因呢? 在潮湿的空气里,钢铁表面附着了一层薄 薄的水膜。水膜中溶解有氧气和少量盐类等，
这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜, 它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原 电池。
烧过菜的铁锅如果未及时 洗净（残液中含 NaCl），第二 天便出现红棕色锈斑（主要成分 为Fe 2 O 3•nH2O）。请问这种腐蚀
3、金属腐蚀的类型
析氢腐蚀
电化腐蚀 （常见普遍） 吸氧腐蚀
（常见普遍）
本节小结
（1）本质
1、金属的腐蚀
（2）类型
化学腐蚀 电化学腐蚀
在金属表面覆盖保护层
2、金属的防护
改变金属的内部组织结构
Leabharlann Baidu电化学保护法
实效反馈
1．埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种 情况下被腐蚀速率最慢的是 ( C ) A．在潮湿疏松的土壤中； B．在含铁元素较多的酸性土壤中； C．在干燥致密不透气的土壤中； D．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤中
无现象
无现象
由于无氧 由于无水， 由于无氧， 和水，铁 铁钉不被 铁钉被 较长时间铁 铁钉被腐 蚀最快 钉不被腐 腐蚀 腐蚀 钉不被腐蚀 蚀
由于无氧， 由于有 铁钉较长 氧铁钉 时间不被 被腐蚀 腐蚀
金属在什么条件下易被腐蚀呢?
铁钉遇到酸或在O2、H2O存在的条件 下，均可被腐蚀。遇到电解质时，一 般腐蚀速度更快。
1.什么叫金属腐蚀？生活中有哪些金属腐蚀了？ 2.金属腐蚀的类型有哪些？ 3.铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因是什么？ 4.烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中含 NaCl） ，第二天便出现红棕色锈斑（主要成分为Fe 2 O 3•nH2O）。请问这种腐蚀是化学腐蚀还是电化学 腐蚀?为什么? 5.金属腐蚀有哪些危害？
是化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什 么?
解析：属于电化学腐蚀。 因为铁锅是由生铁做成的,铁锅生 锈是因为Fe-C-NaCl形成原电池。铁作 负极，失去电子变成亚铁离子，从而 被腐蚀。
探究实验：“不同条件下铁钉的锈蚀”
实验 方案 记录 结论
植物油， CaCl 2 铁钉完 固体 全浸没 上层植物 CH3COOH NaCl溶 油，下层 溶液， 液，铁 NaCl溶液， 铁钉浸 钉浸没 铁钉完全 没一半 一半 浸没 铁钉 渐渐 生锈 相当长时 间，铁钉 未被腐蚀 有气体产 生，反应 速度快 煮沸后迅 速冷却的 蒸溜水铁 钉完全浸 没 相当长时 间，铁钉 未被腐蚀 煮沸后迅 速冷却的 蒸溜水铁 钉浸没一 半 铁钉 渐渐 生锈
铁锈的主要成分： Fe2O3· 2O XH
铜器表面生成铜 绿,主要成分： Cu2(OH)2CO3
埃菲尔铁塔是一座于1889年建成位于法国 巴黎战神广场上的镂空结构铁塔，塔身为 钢架结构，重9000吨，高300米，天线高 24米，总高324米。埃菲尔铁塔得名于设 计它的桥梁工程师居斯塔夫· 埃菲尔。铁塔 设计新颖独特，是世界建筑史上的技术杰 作，因而成为法国和巴黎的一个重要景点 和突出标志。
1、化学腐蚀： 金属跟接触到的物质直接发生化学反 应而引起的腐蚀。如铁与氯气直接反应， 钢管被原油中的含硫化合物腐蚀。 特点：反应简单、金属与氧化剂之间 的氧化还原反应。
2、电化学腐蚀： 不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触 时，会发生原电池反应，比较活泼的金 属失去电子而被氧化的反应。如钢铁在 潮湿的空气中被腐蚀。
正极：2H+ + 2e－ = H2↑
总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑
2、在潮湿的空气中：水膜呈中性、弱酸 性或碱性的介质中
吸氧腐蚀
负极：2Fe - 4e =2Fe2+
正极：O2 + 2H2O + 4e = 4OH－ Fe2O3· 2O nH
总反应：2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 后续反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
作用下，电子被迫流向被保护的钢铁设备，使钢 铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。
辅助阳极（不 溶性）
知识总结
一、金属腐蚀 （学生交流）
1、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发 生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
失e2、金属腐蚀的本质： 金属原子 氧化反应
化学腐蚀 金属阳离子 M – ne-→Mn+
海轮更容易被腐蚀，是因为海水中 含有较多的氯化钠等盐类，导电能 力比内河的水更强，而在电解质溶 液中，电化学腐蚀更易进行。
2.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。 由于铁与铜及空气中的水蒸气 构成了原电池，铁作电池的负极， 因此更容易腐蚀而生锈。
形成了原电池,自由女神身上的 原电池以铁为负极，铜为正极,铁失 去电子被氧化。夹带着含有盐份的 湿空气正好在两极之间起电解质溶 液的作用。 思考:你有什么方法可以阻止这种现 象的继续发生吗？
• 3．阻碍新技术、尖端科学技术的发展 • 国防工业高新武器研制、原子能工业、航天技术、 火箭制造、化工生产等领域都不断地提出腐蚀与防 护的新课题，期待人们找出解决问题的新途径
• 面对这样惊人的数据和金属腐 蚀危害事实，大家有没有想过： • 铁怎么会被腐蚀呢？ • 你能否从金属元素的原子结构 角度分析，金属为什么会被腐 蚀？ • 我们又该怎样防腐呢?
• 2．造成重大事故和严重的环境污染
• 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因 某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌 陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化 工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道 和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体 如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和 附近居民的生命安全。
往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率 联系 更快。
电化学腐蚀
若将Fe棒C棒粉碎掺 在一起制成一光亮的 Fe－C合金棒，插在 HCl里，则是否构成 了原电池？若是，长 期放置，铁棒表面会 有什么变化？
二、钢铁的腐蚀
1、在潮湿的空气中：水膜呈酸性的介质
析氢腐蚀
负极：Fe － 2e － = Fe2+
2007年8月1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍 塌。事故造成6人死亡。早在２００１年由明尼苏达州交通部门作 出的一份研究报告显示，大桥连接路堤和主桥的引桥“存在老化问 题”。同时，支撑桥梁的主结构桁架也存在“老化问题”。
2001年11月07日，四川宜宾市南门大桥于七日凌晨四时三十分左 右发生悬索及桥面局部断裂事故，导致两辆汽车坠入江中，一艘 小船被毁，有二人死亡，二人受伤，交通和市外通讯中断。四川 省一些桥梁专家和工程设计人员在桥梁的断裂处进行了现场勘查， 发现坍塌断裂之处露出一层薄薄的钢筋网，悬吊的承重钢管中露 出了锈迹斑斑的钢缆。
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀
条 件
吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱
水膜呈酸性
或碱性
2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · 2O nH （铁锈）
电 负极Fe(- ) Fe-2e-=Fe2+ 极 正极C(+) 2H++2e-=H2↑ 反 应 总反应: Fe + 2H+ =
氧化反应，因而减小或防止被保护金属的腐 蚀。这种方法常用于保护水中的钢桩和海轮 外壳等例如水中钢铁闸门的保护，通常在轮 船的外壳水线以下处或在靠近螺旋浆的舵上
焊上若干块锌块，来防止船壳等的腐蚀。
2. 外加电流的阴极保护法 原理：应用 电解池 原理，将被保护的钢铁设备做 阴 极，用惰性电极做辅助 阳 极，在外加直流电
金属的腐蚀
金属腐蚀 的实质
种类 金属原子失去电子被氧化而消耗的过程： M-ne-=Mn+。 电化学腐蚀 化学腐蚀 不纯金属或合金发生原电池 反应，使较活泼的金属失电 子被氧化而引起的腐蚀 发生原电池反应 有电流产生 较活泼金属被腐蚀
金 属 的 腐 蚀
金属和其它物质直接接 原理 触发生氧化还原反应而 引起的腐蚀 直接发生氧化还原反应 区别 腐蚀过程无电流产生 金属被腐蚀
自主探究
讨论自行车的不同 构件如链条、钢圈、支 架和齿轮等分别采取了 什么防锈措施？
健身器材刷油漆以防锈
衣架和电线的外面 包上一层塑料层
某些工具的“机械转动部位” 选用油脂来防锈
你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？ 请举例说明。 制成不锈钢；在金属表面镀一层比 要保护的金属更活泼的金属。
锌块
用牺牲锌块的方法来保护 船身，锌块必须定期更换
4、下列金属防护的方法不正确的是（ B ） A 、对健身器材刷油漆以防锈 B 、对某些工具的“机械转动部位”选用刷 油漆方法来防锈 C 、用牺牲锌块的方法来保护船身 D 、自行车的钢圈上镀上一层Cr防锈
历年真题再现
（07）（1）如右图所示，铁处于Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由 大到小的顺序是（填序号） Ⅰ﹥ Ⅲ ﹥Ⅱ _______________。
空气
Fe C Ⅰ Fe Zn Ⅱ
水
Fe Ⅲ
（10）③铁是人们生活中常用的金属材料 ，请列举两种防止铁制品被腐蚀的方法： 、 。 xH2O （11）铁锈的主要成分是Fe2O3· （填 化学式），它是钢铁在潮湿的空气中发 生 腐蚀的结果。
2、下列防腐措施中，属于电化学保护法的 是（C ） A、用氧化剂使金属表面生成一层致密 稳定的氧化物保护膜 B、在金属中加入一些铬或镍支撑金属 或合金 C、在轮船的船壳水线以下部分装上一 锌锭 D、金属表面喷漆
3、下列叙述不正确的是（C ） A、金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍 B、钢铁在干燥空气里不易腐蚀 C、用铝质铆钉来接铁板，铁板反而易 被腐蚀 D、金属被腐蚀的本质是M-e-==Mn+而 被损耗
Fe2+ + H2 ↑ 联 系
通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。
思考:
马口铁(镀锡铁皮)和白铁皮(镀锌铁 皮) 一旦有划痕后,在潮湿的空气中， 谁被腐蚀的速率快？我们如何利用这 些原理来防止金属腐蚀呢？
Fe 白铁皮
Zn
Sn
Fe 马口铁
【交流与讨论】：
铁生锈除了必须有空气及水的参 与外，还受其他一些因素的影响， 请解释下列有关铁生锈现象的原因。 1.相对于在内河行驶的轮船来说，海 轮更容易被腐蚀。
作用下，电子被迫流向被保护的钢铁设备，使钢 铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。
1.牺牲阳极的阴极保护法 原理：应用 原电池 原理，让被保护金属作 正 极， 找另一种活泼性较强金属作 负 级
[牺牲阳极保护法] 此法是将活泼金属（如锌 或锌的合金）连接在被保护的金属上，当发
生电化腐蚀时，这种活泼金属作为负极发生
你知 吗 道
金属腐蚀的现象及危害 金属腐蚀 • 1．造成巨大的经济损失和金属材料的消耗金属腐 蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严 重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本 身要大到无法估量。 • 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成 的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 而我国截至2005年每年因钢铁锈蚀经济损失达 3000亿人民币。 • 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、 火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这 里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等 造成的间接损失。